工艺工程师的关键方程过程控制流程设计

控制阀通径的详细理论

控制阀的通径比较容易。可用的信息起着重要的作用,这就是为什么控制阀的通径在不同的设计阶段(如FEED(或概念设计)、详细设计或故障排除阶段)是不同的。大多数工程师只对阀门的最大外壳进行通径,而忽略了最小外壳的要求。

控制阀,像任何其他的工艺单元操作,在一定范围内提供最佳性能,如果它必须超出这个范围,它会失去控制,导致工艺紊乱。

控制阀通径可以用简单的Cv表示。控制阀的Cv为

简历∝F√(ρ/∆P)

在哪里

Cv为阀门流量系数

F是质量流量

ρ是流体在入口条件下的比重

ΔP是通过控制阀的压降

上述公式适用于单相,需要对两相或多相进行校正。比例常数是典型的供应商修正因子,在0.85到1.0之间变化。一些供应商应用各种因素,如粘度校正,密度校正等。

根据阶段的不同,需要使用工程判断来估计简历要求

  • FEED前期(概念设计):在这种情况下,大多是在进行上下游设备规范的准备工作。详情尚不清楚。因此,可以假设控制阀的压降为1-3 bar。对于液位控制阀或减压阀,其上、下游单元操作的压降应是不同的。
  • 在进料和详细设计的后期阶段,通常所有的上游和下游设备细节是已知的,上游和下游管道细节也是可用的。

在确定控制阀的尺寸时,需要知道的事情很少,如流量变化、流体变化、温度变化、压降变化。

任何控制阀系统的典型原理图如下

截图- 2016 - 10 - 15 - 13 - 25 - 09年

我们应该知道以下几点

Psou=源压力和液位高度

进口管道(包括长度,材料粗糙度),配件细节(弯头,阀门,三通等),标高细节(从源头到控制阀入口),等等。

出水管(包括长度、材料粗糙度)、管件细节(弯头、阀门、三通等)、标高细节(从控制阀到末端设备)等。

Pend =终点或终点压力

有了这些细节,我们可以估计

  • 控制阀入口压力,即管脚与入口管道压降(包括标高)之差。压降称为ΔPin
  • 控制阀出口处的压力,喷嘴,即在出口管道上加喷嘴和压降(包括标高)。压降称为ΔPout。

上面的细节可以写成:

Psou-Pend =Δ销+ΔPcv +Δ撅嘴

上述公式适用于无任何压力增加的系统(如有泵或压缩机)。同样可以写成

ΔPcv = Psou+ Pincr-Pend - ΔPin - ΔPout

式中,Pincr为泵或压缩机压力增加。当有特性或性能曲线时,请使用性能曲线来估计压力的增加。

请注意,管道中的压降是流量的函数。泵或压缩机的排出压力(排出扬程)也是流量的函数。如果流量增加,则管道内的压降较高。这意味着,对于相同的源端压力,调节阀通常随着流量的增加而得到较小的压降。

为了选择合适的调节阀尺寸,所有可能的流量情况及其压力降(和有效Cv)都要进行评估,并选择合适的特性。最大Cv即Cvmax和最小Cvmin的比值决定了调节阀的可量程。

根据要求,可以选择阀门的特性。通常控制工作时,操作Cv (Cvmax和Cvmin)是所选Cv的15% - 85%。有用操作的范围因操作员和供应商的不同而不同。额定Cv的15%至85%是调节阀运行的大致健康范围。

当调节阀的通径,供应商或设计工程师使用Cvmax为85%,并选择设计Cv,它被称为Cvrated。如果Cvmin与Cvrated的比值大于15%,则选择的控制阀可适用于整个控制阀系列。这代表了控制阀的情况线性特性。其他类型的特征表示在下面的图-

控制阀特性

调节阀的特点是具有平衡功能。可根据需要的CV范围选择阀内件类型。控制阀的特点如下

  • 线性-这种类型的控制阀通常是截止阀,这是线性行为和流量随阀门开度线性增加。
  • 等百分比-这种类型的控制阀通常是截止阀,流量随阀门开度呈指数增长。相同的阀门开度增量在控制阀中产生相同百分比的变化。其他性质,如抛物线(低流量能力)和双曲线(高流量能力)是通过修改装饰来满足要求。
  • 快速开启-这种类型的控制阀开启迅速提供较大的开度,并在开度很小的情况下提供较大的流量变化。这些类型的阀门用于开关服务,例如批量或半连续过程中的顺序操作。

在两相、临界条件以上、压降后可以使用闪蒸的液体,甚至下游的液体的蒸汽压相当接近的情况下,需要特别注意。这些情况会导致控制阀内部出现空化现象。

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